связи с тем, что специфика более крупных ПТК определяется особенностями ландшафтов, их слагающих, изучение любых комплексов регионального уровня не может производиться на основе только компонентного анализа без внимательного рассмотрения ландшафтной структуры территории, раскрывающей степень разнообразия и внутреннее строение каждого региона.

В понятие структура ПТК входит не только состав его элементов, но и связи -- вещественные, энергетические, информационные. Каждый ПТК обладает своей специфической структурой - устойчивой упорядоченностью свойств, сохраняющейся при различных внутренних и внешних изменениях. Внутренние связи ПТК - связи между его структурными (составными) частями, т.е. между компонентами природы и между входящими в его состав более мелкими комплексами - определяют целостность и индивидуальность ПТК. Внешние связи - это связи между соседними одноранговыми комплексами, между изучаемым комплексом и вмещающим его более сложным ПТК и т.д. Они обеспечивают связи изучаемого комплекса с окружающей средой.

Следовательно, каждый ПТК любой размерности - открытая система, получающая вещество, энергию и информацию извне (от своей среды, окружения) и передающая ее другим ПТК (геосистемам). Различают связи прямые и обратные. Обратные связи в свою очередь делятся на положительные и отрицательные. При положительных связях эффект внешнего воздействия усиливается системой и может привести к ее быстрому разрушению, ибо она сама работает на разрушение. Примером может служить образование лавин. Отсюда и выражение - лавинообразный процесс. При отрицательной обратной связи эффект внешнего воздействия ослабляется, «гасится» системой, а сама система продолжает оставаться в пределах своего инварианта. Отрицательные обратные связи -- это сопротивление системы внешнему воздействию. Они обеспечивают устойчивость ПТК, его способность оставаться самим собой, несмотря на внешние воздействия.

При вычленении ПТК необходимо руководствоваться как закономерностями внутренних взаимосвязей комплекса, создающих его качественную определенность, так и взаимодействиями изучаемого комплекса с окружающими его ПТК.

Внутренние закономерности лучше прослеживаются при ближайшем рассмотрении и детальном изучении ПТК. Чтобы их познать, исследователь должен находиться внутри комплекса. А чтобы обнаружить его отличие от соседних комплексов, нужно взглянуть на него со стороны, сравнить с другими комплексами, охватить единым взглядом весь комплекс на фоне окружающих его ПТК. Долгое время такой «взгляд со стороны» оказывался возможным лишь в отношении самых мелких ПТК -- фаций, подурочищ и урочищ. В то же время достаточно крупные ПТК можно было изучать, лишь находясь внутри комплекса и не имея возможности взглянуть на него с некоторого расстояния, увидеть его на фоне окружающих ПТК.

Использование авиации позволило исследователям «подняться над» крупными урочищами, местностями и ландшафтами, следствием чего явилась большая объективность в проведении границ этих комплексов. И лишь выход человека за пределы географической оболочки, в Космос, позволил даже на такие крупные комплексы, как физико-географические страны, взглянуть «со стороны» как на части географической оболочки, увидеть их в сравнении друг с другом, в результате чего многие границы между довольно крупными и сложными ПТК, которые при наземных исследованиях считались переходными полосами, оказались хорошо заметными, четкими, линейными на аэрофото- и космоснимках.

Таким образом, сложность разграничения ПТК заключается в том, что исследователь должен одновременно учитывать множество как внутренних, так и внешних связей комплекса.

Стремление глубже познать отдельные специфические черты ПТК или влияние определенного фактора на его особенности нередко заставляет исследователя сосредоточить внимание на ограниченном наборе свойств и связей комплекса. В связи с этим появилось представление о различных структурах ПТК: пространственных, временных, функциональных и др. Внутри каждой отдельной структуры связи теснее, чем между разными структурами. Именно этим и вызвано относительное обособление самих структур, их вычленение из сложного клубка разнообразных связей ПТК, относительная их самостоятельность. В то же время все структуры в ПТК тесно переплетены между собой, взаимосвязаны и взаимообусловлены. Они образуют не случайный конгломерат структур, а единую интегральную структуру. Благодаря ей и возникает качественная определенность и пространственная ограниченность ПТК, его внутренняя упорядоченность и своеобразие. Эта сложная интегральная структура ПТК, включающая все многообразие его связей, может быть названа ландшафтной структурой.

Сложность и многоплановость ландшафтной структуры создают объективные предпосылки для возникновения разных направлений ее исследования, обусловливают необходимость сочетания различных аспектов изучения ландшафтной структуры для глубокого познания сущности ПТК, разработки научно обоснованных географических прогнозов и рекомендаций по рациональному использованию различных ПТК.

2.3 Взаимодействие природных и природно-антропогенных геосистемс глобальными факторами

Как отмечал Н.А. Солнцев, геолого-геоморфологическая основа играет особую роль в ПТК. Она квазистационарна (почти постоянна) для остальных компонентов. Как твердое тело, она довольно стабильна, и в случае превышения энергетического порога воздействия разрушается катастрофически. Разрушения носят необратимый характер, причем как для разрушения, так и для восстановления требуются максимальные, по сравнению с другими компонентами, энергетические затраты. Биота - живая часть геосистемы. Геома и биота - главные составляющие ПТК, при этом вторая гораздо более мобильна, чем первая. Поэтому, приступая к картографированию геосистем, мы в первую очередь обращаем внимание на геолого-геоморфологическую основу. Но мы были бы неправы, унаследовав на все времена и все случаи жизни лишь результат, а не методы его получения.

Метод, благодаря которому Н.А. Солнцев сделал свои выводы, - это метод попарного сравнения компонентов, исследования на максимум и минимум и противопоставления их прямо противоположных свойств. В чем «сила» геомы? В большой потенциальной энергии связей твердого вещества, в том, что период ее изменения по отношению к длительности человеческой жизни стремится к очень большим числам (для нас как бы к бесконечности). Мы можем сейчас наблюдать на земной поверхности породы, образовавшиеся миллиарды лет назад. Наоборот, многие представители биоты способны дать несколько поколений в день. Период изменений очень мал, но частота (величина, обратная периоду) также может стремиться к большому числу. Да еще их продукцию надо умножить на количество организмов. Таким образом, «сила» биоты заключается в скорости ее изменения, в частоте повторения циклов размножения. Следует проводить эту операцию в каждом конкретном случае, уметь переходить от абсолютных утверждений типа «биота всегда слабее» к относительным, по отношению к определенному периоду, определенным объектам. Геосистема взаимодействует со всеми глобальными факторами. Внешние воздействия на геолого-геоморфологическую основу передаются ею всем другим компонентам ПТК не только непосредственно, сразу (как, например, нагрев поверхности Солнцем), но и большей частью через какое-то время в суммированном виде, значительно преобразованном участием других компонентов (например, изменение морфологической структуры ландшафта под влиянием эрозии). Геолого-геоморфологическая основа наиболее самостоятельна (наиболее независима от глобальных факторов в пределах характерного времени существования большинства конкретных ПТК) и более инерционна (опять-таки, смотря в каком случае).

Похожими чертами обладает почва. Однако это принципиально другое, биокосное тело, обладающее свойствами как неживого, так и живого вещества (биохимический продукт, как тесто для хлеба). Почва есть функция от солнечного тепла на поверхности Земли, при активном участии биоты. Она способна к самовосстановлению (до известного предела), однако менее самостоятельна, разрушается не только механически, но и может потерять биоту («стерильная» почва). Время инерции почвы (реакции на изменение среды), как правило, значительно меньше, чем у геолого-геоморфологической основы в целом. Остальные компоненты еще менее самостоятельны: они все время зависят от состояния циркуляции атмосферы и влагопереноса. Самое малое время инерции у атмосферы.

Под «давлением жизни» (выражение В.И. Вернадского) имеется в виду всеобщая распространенность жизни по поверхности Земли, способность организмов к размножению, к заселению свободных мест, к занятию «экологических ниш», иногда даже как бы вопреки неблагоприятным условиям существования. Именно из-за высокой частоты циклов размножения «давление жизни» может быть очень существенным.

За счет работы механизма обратных связей в цикле биологического (биогеохимического) круговорота природная геосистема и особенно ее «центр», «фокус» (насыщенная биологическими объектами тонкая среда раздела и взаимопроникновения земля - вода - воздух) как бы «сама себя строит», создает свою вертикальную (компонентную) и горизонтальную (морфологическую) структуру. Влияние глобальных факторов на геосистему огромно, но и геосистема, в свою очередь, влияет и на земную поверхность, и на атмосферу, и на банк организмов. И хотя это влияние от каждой отдельной геосистемы в короткий промежуток времени незначительно, оно может суммироваться как в пространстве (если много геосистем оказывают одно и то же воздействие), так и во времени, приобретая значение фактора, определяющего дальнейшую эволюцию ландшафтной оболочки. Именно этот кумулятивный эффект работы относительно «слабых», но «устойчивых» связей, привел к созданию атмосферы и всех геологических осадочных пород. Таким образом, мы должны учитывать сумму, или интеграл по времени и (или) по пространству. Н.А. Солнцев предупреждал о необходимости не путать интегрированное и мгновенное значение. Мгновенное, «сиюминутное» значение, наблюдаемое при однократном экспедиционном посещении объекта, превращается в некоторый отрезок времени при стационарных наблюдениях. Это уже другие методики. От абсолютных значений приходится переходить к работе с приращениями: со скоростями процессов, с ускорениями, т.е. к первой и второй производным от каждой переменной. В этом случае обнаруживается неточность жесткой абсолютизации «силы» и «слабости» компонентов.

В связях отдельных природных геосистем (ПТК) с общим вещественно-энергетическим обменом в масштабе всей Земли управляющим блоком служит земная поверхность, и содержание картографической модели этого блока меняется в зависимости от масштаба карты (глобального, регионального или локального). Реальная иерархия вложенных и объемлющих геосистем более сложная и может быть разная в различных регионах. Она изучается методами систематизации, классификации, районирования. Названные три ранга - наиболее общие, бесспорные. Сейчас можно не стремиться совместить в одной карте все три модели - глобальную, региональную и локальную, так как для этого есть ГИС. В то же время желательно каждую карту снабжать врезками более крупного («ключевые» участки) и более мелкого (схемы районирования) масштабов.

Если мы захотим отразить взаимодействие природно-антропогенной геосистемы (антропогенно измененного ПТК) с глобальными факторами, то нужно добавить аналогично «давлению жизни» еще блок «антропогенного давления». Это банк видов культурных растений и других организмов, в том числе самого человека, энергетическое и вещественное воздействие (перераспределение вещества и энергии). Под «социально-экономическим давлением» также имеются в виду социально-экономические условия, которые заставляют как человечество в целом, так и отдельные государства, группы людей взаимодействовать с природой определенным образом.

Например, нельзя перестать обрабатывать землю вообще, но можно это делать иначе, в зависимости от научно-технических достижений и материальных средств; можно ослабить нагрузку на конкретных участках и на определенное время, хотя возможность такого локального маневра все уменьшается. Часто (но далеко не всегда) «давление жизни» оказывает действие, противоположное действию «социально-экономического давления»; таким образом оно как бы «залечивает раны», нанесенные антропогенным воздействием географической оболочке. Если понимать ноосферу по В.И. Вернадскому как разумное сосуществование и управление природой в условиях социальной справедливости, то этого на Земле еще нет. Но можно понимать ноосферу как социально-экономическое давление.

Антропогенный прессинг - это и есть пример взрывного по геологическим меркам развития «слабого» компонента - биоты, меняющего все остальные компоненты, когда к достаточно высокой частоте циклов размножения добавилось новое качество - повышенная способность к передаче опыта. В результате этого популяция научилась «уплотняться». Во время узкоспециализированной охоты на мамонта, чтобы прокормить одного человека, требовалась территория около 100 км2, при подсечно-огневом земледелии - около 10 га, теперь, по разным подсчетам, - 0,35 - 0,40 га.

Природно-антропогенный комплекс понимают в основном как ПТК, у которого изменен хотя бы один компонент. Классификация таких ПАТК впервые разработана Ф.Н. Мильковым. За ее основу взят традиционный для географии, казалось бы, самый простой признак: степень измененности в баллах (слабая, средняя, сильная; градаций может быть и больше), и характер воздействия разных отраслей человеческой деятельности (промышленной, лесохозяйственной, сельскохозяйственной, рекреационной и т.д.).

Еще выделяют обратимые и необратимые изменения, т.е. может геосистема при снятии нагрузки вернуться к прежнему своему состоянию или ее развитие пошло по другому пути. Это уже системные, кибернетические понятия. Такие категории опять-таки не абсолютны. Например, обратимо или необратимо изменены территории городов, если они зачастую сохраняют даже все водосборы? Обратимо или необратимо изменена географическая оболочка, если человек вынужден изымать ресурсы и поддерживать режимы геотехнических систем?

Возможно, более конструктивными были бы классификации по вещественно-энергетическому принципу, т.е. по материало- и энергоемкости воздействия. Однако мешают, по-видимому, не только трудность определения геомасс, неточность и трудоемкость балансовых методов, но и все еще слабая освоенность системных, информационных подходов. Здесь ключевым является осознание механизма цикла, включающего понятия «системный регулятор» и «обратная связь».

География как комплексная, синтетическая наука вынуждена много заимствовать из смежных дисциплин. Рационально было бы из естественных наук заимствовать методы, а из гуманитарных оформление, например драматургию, красоту описаний. К сожалению, нередко бывает наоборот: из естественных берется внешняя оболочка (формулы, сложные новые термины), а их объяснение не из первоисточника, а из гуманитарных, художественных трактовок. Такой путь может привести к созданию псевдонауки, либо потребует долгих усилий по освоению термина. Классический пример -- понятие обратной связи, которую подавляющее большинство географов воспринимали лишь как ответную реакцию, что было даже закреплено в справочнике. Недоразумение остается и до сих пор, поэтому требует тщательного разбора, как ключевое.

Обратная связь -- не просто однократный акт ответной реакции. Главное, что благодаря этой связи реализуется алгоритм цикла, т.е. программа, по которой действие может неограниченно повторяться. Вся изюминка в том, что с помощью этой связи замыкается причинно-следственная цепочка: результат первого прохождения цикла (следствие) влияет на свою же причину в следующем обороте цикла. Результат, полученный в следующем витке, опять подмешивается в начальные условия и т.д.

На плоском листе бумаги обычно рисуют один оборот цикла, потому-то процесс как бы приходит «обратно», в исходную точку. Однако следует рисовать не круг, а объемную спираль, растянутую во времени. На самом деле эта связь никакая не обратная, поскольку время необратимо. С этой точки зрения, ни один цикл, круговорот не может быть замкнутым, не только потому, что всегда есть вещественно-энергетические потери уже в одном обороте, но и потому, что «никогда нельзя войти в одну и ту же воду». Хотя в технических системах мы можем видеть возврат в исходное состояние, если не учитывать износ.

Осознание роли обратной связи началось с внедрением кибернетики. Вся компьютерная индустрия фактически основана на операторе цикла. Циклично работают многие системы неживой природы, а уж органическая жизнь тем более: мы ходим, дышим автоматически. Сама способность к размножению половым ли способом, как у высших животных, либо спорами или вегетативным «почкованием» обусловлена автоматическим алгоритмом.

В методической литературе распространено неверное представление об обратной связи между преподавателем и учеником: вопрос преподавателя - это связь прямая, а ответ - обратная, так как направлена в другую сторону (обратная, значит, ответная). На самом деле и то, и другое - это связь прямая: одно действие порождает другое. Обратной связь можно назвать только в том случае, если она замыкает цикл, если с ее помощью организуется повторение нескольких циклов. Например, услышав ответ ученика, преподаватель корректирует свой следующий вопрос, т.е. следствие из первого цикла служит причиной для второго.

Алгоритм работы обратной связи в цикле был подробно описан в литературе, в том числе и на большом количестве географических примеров.

Изучая структуры геосистем в пространстве, мы еще нечетко осознаем структуры во времени (время разнообразных циклических, производственных процессов, время инерции восстановления и т.д.). Не так давно было введено понятие характерного времени. Его можно определить как среднее время существования (индивидуума, вида, процесса, явления) или как время одного оборота цикла. Для человека характерное время - около ста лет, для однолетней травы - год и меньше, для грозового разряда - секунды, для циклонического вихря - дни, для восстановительной сукцессии в тайге - около сотни лет.

Пока шли споры о том, непрерывна или дискретна природа, оказалось, что континуальность и дискретность - лишь частные случаи фрактальности. Фрактальные структуры (система кровеносных сосудов человека, эрозионные и речные системы, иерархическая система природных комплексов) есть «запись» былых циклических процессов. Структура пространственная - это отражение прошедшей «временной структуры». Хотя время, по-видимому, всегда течет равномерно, но мы измеряем его процессами разной периодичности.

Для своего существования человечество вынуждено поддерживать временные режимы нужной формы функционирования природно-антропогенных комплексов. Одно дело - однократные, эпизодические вмешательства, другое - сельское хозяйство, со строго упорядоченной очередностью воздействий, и третье - постоянное поддержание инженерных сетей, зданий, твердого покрытия в городах (которое, кстати, прерывает биологический круговорот в бывших наиболее «плодородных» ПТК). Мы не всегда задумываемся над тем, что затраты надо умножать на время, на количество циклов.

Каждая отдельная геосистема, природная или в той или иной степени антропогенно измененная, связана с глобальной системой географической оболочки посредством множества циклов (в том числе иерархически вложенных один внутри другого) и находится в поле «социально-экономического давления», осуществляемого также посредством циклов и посредством вещественно-энергетического воздействия на системные регуляторы. Освоение кибернетических законов идет трудно, но только оно позволит нам работать более осознанно. По мере осознания потребуется и выработка новых методов.

2.4 Классы задач, решаемых в процессе комплексных физико-географических исследований

Все многообразие задач комплексных физико-географических исследований может быть сгруппировано в четыре основных класса в зависимости от того, какой аспект ландшафтной структуры в каждом конкретном случае важен (табл. 1).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13

Голосование

Как вы оцениваете работу нашего сайта? Отлично Хорошо Нормально Плохо Результаты